纯电动汽车动力电池管理系统故障分析

边立健、祖全达

（温州职业技术学院 325000)

随着石油能源的不断消耗，电动汽车作为一种新型能源汽车正在逐步走向大众的视野，并且电动汽车具有无污染、低噪声及加速快等优点。目前，电动汽车的能量主要由动力电池提供，在整车成本中占有较高的比例，影响续航里程，是整车的核心部件[1]。如果动力电池管理系统出现故障，可能会造成整车出现安全事故，如起火、爆炸或触电等；也可能会造成电动汽车整车停止能量回收、停止充电或者是一些硬件故障[2]。本文主要针对一些常见的动力电池系统故障进行分析诊断，找出解决方法。

1 动力电池管理系统组成

动力电池管理系统（BMS）主要由动力电池壳体、电池组、主控制盒、高压控制盒、电池低压管理系统及主继电器等组成（图1）。作为电动汽车整车核心部件，BMS的作用包括监测动力电池组的单体电池电压、监测动力电池组单体电池温度、检测高压绝缘性能级剩余电量检测等。

图1 动力电池管理系统的组成

2 动力电池管理系统故障分析

BMS故障目前分为3个等级：一级故障较为严重，可引起起火、爆炸及触电等问题，造成动力电池的严重损害，甚至引起整车报废；二级故障一般是硬件问题，包括制动能量回收停止、充电停止及动力电池不能正常工作等问题，发现问题后需要进行系统检测排查，严重时需要更换硬件设备；三级故障是轻微故障，该故障一般不会造成严重威胁，但是对某些功能可能造成限制，如功率和加速等。通常可能是环境温度变化对动力电池造成影响，使动力电池报警劣化[3]。下面对几个故障实例进行分析。

2.1 CAN总线通讯故障

BMS与整车采用CAN总线与整车控制系统（VCU）进行通讯（图2），从而获得电池组详细数据，如果CAN总线通讯出现故障会对汽车运行造成极大影响。

图2 动力电池内部结构原理图

CAN总线通讯故障排除，首先根据系统原理图依次进行检查，检查电源线是否脱落、端子是否虚接，如果没有问题，接下来要进一步排查。在BMS上电没有问题的前提下，要将万用表调到直流挡位置检查CANH与CANL通讯电路的电压是否正常，若电压值在1.5 V左右为正常；反之，BMS硬件系统有问题，需要维修，严重则需要更换。

2.2 动力电池电压低

动力电池组满电静置后检测到BMS报警，电池均衡出现问题，动力电池单体电压某一只或多只偏低，其余正常。故障原因可能有以下几种：BMS采集误差；电池均衡出现失效；动力电池组电芯自放电率太大；电芯容量过低，在放电时电压下降较快等。

故障处理方法如下，检查动力电池电压采样线是否断裂或虚接，电池均衡是否正常，若有问题则需更换。对单体动力电池进行电池均衡处理，电池均衡有2种方法：一种是并联电阻，将电量高的单体动力电池电量以热量的形式散发出去；另外一种是将单体动力电池多余电量转移到低电量的动力电池中去。如果问题较为严重，则需要更换动力电池包。

2.3 SOC异常

SOC即电池的荷电状态，是动力电池的剩余电量和最大可用容量的比值。SOC故障现象是在整车系统工作过程中，数值变化较大且反复跳跃。故障的原因可能是：电流数据不准确；通过传感器输出信息与主机程序不准确；动力电池长期未进行深度放电；数据采集单元出现故障；SOC不能自动校准。

故障处理方式为：通过软件来校正电流；改变主机程序数据；更换电流传感器或者对动力电池进行深度放电；对数据采集单元进行检查或更换。通常建议对动力电池组每周进行1次深度放电，校准数据。

2.4 主继电器不吸合

电动汽车上电即起动，需要蓄电池通过BMS控制动力电池组主继电器吸合，从而接通整车高压电路，使整车正常运行。如果主继电器出现故障，则整车不能正常起动。通常故障原因可能是BMS出现故障，继电器烧毁等。

故障解决方法为，首先对BMS硬件进行检测，看线路连接是否正常，插接器连接是否正确，最后整体检测。继电器烧毁可能是车辆在高速行驶过程中，突然偶发紧急事故，如紧急制动并按了紧急状况停车按钮，突然之间切断了高压，由于高压电路中有较大的工作电流，突然断开后产生电火花造成继电器的严重烧蚀。继电器烧毁需进行全部更换。

2.5 温度采集故障

电动汽车动力电池组温度控制至关重要，温度过低易造成动力电池容量下降；动力电池温度过高影响使用寿命，严重可导致自燃。所以，检测动力电池温度参数，对动力电池的使用有着很重要的意义，温度过低时加热，温度过高时要开启冷却系统。

动力电池温度采样故障诊断方法是延长电动汽车动力电池使用寿命的重要方法，同时也保证动力电池安全。在故障发生时，首先要对温度采样进行诊断，若采样温度值不准确，误差范围较大，则可能是温度采样传感器出现问题；如果不是，则可能是线路出现松脱或虚接，需要进行检测。

2.6 供电后整个系统不工作

当BMS上电完成，主继电器闭合，系统供电，无故障报警，但整个系统仍然不工作，则需要拔开维修开关，断开整车高压线路，确定没有危险后进行故障诊断。原因可能是整车供电异常、线束短路或是断路或DC/DC转换器无电压输出等。

故障解决方法为，首先要采取观察法，检查外部线路是否出现破损，如果没有则需要进一步检查。继续检查外部蓄电池系统供电是否正常，电压是否达到BMS上电最低要求。还要看蓄电池是否加了限流设置，如果有则会导致BMS供电功率过小，发现后需要进行外部电源调整，使其达到使用要求。如果上述都没有问题，则需要查看低压电输出装置DC/DC 转换器是否正常，是否有电压输出，如发现异常则需要更换损坏的DC/DC单元。

2.7 高压互锁故障

纯电动汽车整车高压电达到300 V左右，如果发生漏电对用户来说是十分危险的。为了降低这种风险发生的概率，采用高压互锁作为纯电动汽车高压安全的一个重要措施。高压互锁是用低压电信号来控制高压电回路是否出现异常的一种安全保护方式，不同高压器件有不同的设计，主要对人为操作进行保护。故障现象有驱动电机不上电；车辆无法继续行驶；仪表盘显示“高压互锁”故障。

故障解决方法为，对整车高压部件进行检测，包括车载充电器、高压配电箱、驱动电机控制器及DC/DC转换器等进行线路检测。以DC/DC转换器为例，DC/DC转换器是将高压电转换成低压电给整车低压电器使用的设备。检测时，首先要检测DC/DC转换器继电器端子是否插接牢固，继电器高、低压端子如出现不牢靠则要重新插接，确保牢靠。如果还有问题则需要用电压表测量DC/DC转换器高压输入端口，在高压上电时是否有短时高压，如果有则说明DC/DC 转换器故障，需要更换。如果导致DC/DC 转换器继电器上电时一直不闭合，测量继电器电压驱动端，如果没有12 V电压，可能是主板故障，更换即可。

3 结束语

本文首先介绍了纯电动汽车BMS的组成与作用，然后针对其可能出现的故障进行分析，制定相关方法进行检测维修，避免出现因BMS出现故障造成不必要的损失。增强BMS安全稳定性，对其进一步使用开发具有重大意义。